151308 (Механіка від Аристотеля до Ньютона)

Механіка від Аристотеля до

Ньютона

Основна частина

1. Антична механіка

В міру нагромадження знань про світ задача їхньої систематизації ставала усе більш насущною. Ця задача була виконана одним з найбільших мислителів стародавності Аристотелем (384-322р. до н.е.)

«Аристотель( «сама універсальна голова» серед давньогрецьких філософів»,

сказав Ф. Энгельс про цей великий ученого Древньої Греції.

Аристотель народився в Греції , у м. Стагире, розташованому поруч з Македонією.

У 366 р. до н.е. він приїхав в Афіни в академію Платона і пробув там разом із Платоном біля 20-ти років.

У 339 р. до н.е. Аристотель організував в Афінах свій Ліцей і успішно керував їм 13 років.

Вмер Аристотель у 322 році до н.е. на острові Эвбея.

В аристотелевской натурфілософії фундаментальне місце займає навчання про рух. Рух він розуміє в широкому змісті, як зміна взагалі, розрізняючи зміни якісної, кількісні і зміни в просторі.

Крім того в поняття руху він включає психологічні і соціальні зміни - там, де мова йде про засвоєння людиною чи знань про обробку матеріалів. Поняття рух містить у собі також перехід з одного стану в інше, наприклад з буття в небуття.

Усі механічні рухи Аристотель поділяє на три види: кругові, природні і насильницькі. Круговий рух - це самий зроблений рух, властивому тільки небесному світу. Це рух вічний і незмінно, і причиною його є перводвигатель - бог, що живе за сферою нерухомих зірок, де кінчається матеріальний Всесвіт.

Земного ж руху, де всі незовсім і має початок і кінець, бувають природні і насильницькі. Природний рух- це рух важкого тіла вниз до центра Світу, до центра Землі, і легені нагору. Це рух тіл відбувається саме собою, у результаті прагнення тіла зайняти своє природне місце. Воно не має потребу в силах. Всі інші рухи на Землі насильницькі і можуть відбуватися тільки під дією зовнішніх сил ( у тому числі рівномірний і прямолінійний рух). Свій основний принцип динаміки Аристотель формулює так: « Усе, що знаходиться в русі, рухається завдяки впливу іншого».

В Аристотеля ми знаходимо також і розуміння, що дають підставу для, кількісного визначення сили. Для того щоб краще розібратися в суті справиуведемо деякі сучасні терміни і позначення: f- сила, що діє на тіло,

рвага тіла. Міркування Аристотеля зводяться до наступного: сила пропорційна добутку швидкості тіла, до якого вона прикладена, на його вагу, тобто f= pv = ps/t ,

де s- пройдений шлях, t- відповідне час, а v - швидкість.

Але разом з тим Аристотель вірив у бога, протиставляв земне і небесне, у центрі обмеженої Вселенной він помістив нерухому Землю, як тіло, що володіє найбільшою вагою. За ці і подібні їм моменти в навчанні Аристотеля схопилася церква, перетворивши їх у догми.

Аристотеля називають хресним батьком фізики: адже назва його книги «Фізика» стало назвою усієї фізичної науки.

2. Механіка епохи Відродження

У середині століття в Європі починається швидкий ріст міст, відділення ремісничого (промислового) виробництва від натурального господарства. Цей період є початком широкого протестантського руху проти духовної диктатури католицької церкви.

У цій обстановці народжувалося нове природознавство. Ф. Энгельс так охарактеризував начавшиеся з другої половини століття період в історії науки: «Це був найбільший прогресивний переворот із усіх пережитих до того часу людством, епоха, що мала потребу в титанах і породила титанів по силі думки, пристрасті і характеру, по багатосторонності і вченості...». И серед цих титанів епохи Відродження Ф. Энгельс одним з перших називає Леонардо да Вінчі ( 1452-1519 р.), «якому зобов'язані найважливішими відкриттями найрізноманітніші області фізики».

«Досвід( батько усякої вірогідності. Мудрість( дочка досвіду.» затверджував цей великий учений.

Леонардо да Вінчі народився 15 квітня 1452 року в невеликому містечку Вінчі, недалеко від Флоренції.

З 1472 по 1482 рік він живе і працює у Флоренції, з 1482 по 1499 рік ( у Милане, потім знову у Флоренції ( 1499(1506 ) і в Милане ( 1506(1513). У 1516 році Леонардо да Вінчі їде у Флоренцію за запрошенням французького короля і там проводить свої останні роки.

«Механіка( рай математичних наук»,( говорив Леонардо, багато часу й енергії віддаючи її вивченню. Роботи Леонардо в області механіки можуть бути згруповані по наступним розділах: закони падіння тіл; закони руху тіла, кинутого під кутом до обрію; закони руху тіла по похилій площині; вплив тертя на рух тіл; теорія найпростіших машин( важіль, похила площина, блок ); питання додавання сил; визначення центра ваги тіл; питання, зв'язані з опором матеріалів. Перелік цих питань робиться ще більш значним, якщо врахувати, що багато хто з них розбиралися узагалі вперше. Інші ж, якщо і розглядалися до нього, то базувалися в основному на умовиводах Аристотеля, дуже далеких у більшості випадків від щирого положення речей. По Аристотелю, наприклад, тіло, кинуте під кутом до обрію, повинне летіти по прямій, а наприкінці підйому, описавши дугу кола, падати вертикально вниз. Леонардо да Вінчі розсіяв цю оману і знайшов, що траєкторією руху в цьому випадку буде парабола.

Він висловлював багато коштовних думок, що стосується збереження руху, підходячи упритул до закону інерції. «Імпульс» ( impeto ) є відбиток руху, що

рушійне переносить на спонукуване. Імпульс( сила, відбита рушійним у спонукуваному. Кожен відбиток тяжіє до чи сталості бажає сталості... Усякий відбиток хоче вічності, як показує нам образ руху, що запам'ятовується в движущимся предметі».

Леонардо знав і використовував у своїх роботах метод розкладання сил. Для руху тіл по похилій площині він увів поняття про силу тертя, зв'язавши її із силою

тиску тіла на площину і правильно вказавши напрямок цих сил.

Ще до Леонардо да Вінчі вчені займалися теорією важеля і блоку. Однак виграш у силі відбувається за рахунок утрати в часі. Леонардо критикував тих, хто

прагнув створити вічний двигун: «ПРО, шукачі вічного руху, скільки порожніх проектів створили ви в подібних пошуках! Прочь йдіть з алхіміками( шукачі золота». «Неможливо, щоб вантаж, що опускається, міг підняти в плині якого ні було часу іншої, йому рівний, на ту ж висоту, з яким пішов».

Дуже характерно для механіки Леонардо да Вінчі прагнення вникнути в сутність коливального руху. Він наблизився до сучасного трактування поняття

резонансу, говорячи про ріст коливань при збігу власної частоти системи з частотою ззовні. « Удар у дзвін одержує відгук і надає руху іншому подібному дзвону, і торкнута струна лютні знаходить відповідь і приводить у слабкий рух іншу подібну струну тієї ж висоти на іншій лютні».

Леонардо да Вінчі вперше і багато займався питаннями польоту. Перші дослідження, малюнки і креслення, присвячені літальним апаратам, відносяться приблизно до 1487 року (перший Миланский період). У першому літальному апараті застосовувалися металеві частини; людина розташовувалася горизонтально, приводячи механізм у рух руками і нагами.

Надалі Леонардо замінив метал деревом і очеретом, мотузки( твердими передачами, а людини розташував вертикально. Він прагнув звільнити руки людини: «Людина у своєму літальному апараті повинний зберігати повну волю рухів від пояса і вище( У людини запас сили в ногах більше, ніж потрібно по його вазі». Однак відсутність впевненості в тім, що цієї сили досить для успішного польоту в будь-яких умовах, привело його до думки про використання пружини як двигуна і про планер, з яким можна здійснити якщо не повний політ, те хоча б ширяння в повітрі. Він побудував модель планера і готував його іспит. Прагнення убезпечити людини в процесі цих іспитів спонукало його до винаходу парашута.

Важко перелічити всі інженерні проблеми, над якими працював допитливий розум Леонардо.

Умер він у 1519 році у Франції.

Любуючись сьогодні чудовими картинами Леонардо да Вінчі, розглядаючи його дотепні проекти його різних споруджень, перечитуючи глибокі думки вченого, вдячне людство відплачує і буде відплачувати данина цьому гіганту з гігантів епохи Відродження.

Однак крім статики досліджувалися питання астрономії.

«Революційним актом, яким дослідження природи заявило про свою незалежність, було видання безсмертного утвору в який Коперник кинув ( хоча і робко і, так сказати, лише на смертному одрі ( виклик церковному авторитету в питаннях природи. Звідси починає літочислення звільнення природознавства від теології» ( так Ф. Энгельс характеризував значення великої праці Н. Коперника.

И. Ньютон на схилі років писав: «Якщо я бачив далі інших, те тільки тому, що стояв на плечах гігантів». Одним з цих гігантів був Микола Коперник (14731543 р.) , син своєї епохи, перший астроном нашого часу.

Н. Коперник народився в місті Торуне 19 лютого 1473 року.

У 1491 році Н. Коперник надійшов у Краківський університет, де захоплювався астрономією, зберігши своє захоплення до кінця своїх днів.

У 1494 році, не закінчивши Краківський університет, Коперник повернувся додому.

На початку 1506 року Н. Коперник повернувся на батьківщину, принеся із собою в далеку Вармию нові знання і дух Ренесансу, незадоволеність космологічними побудовами великого астронома стародавності Клавдія Птоломея.

Незважаючи але свою зайнятість, він продовжував посилено займатися астрономією. Що ж зробив Коперник у цій області? Зараз це знають усі люди, починаючи зі шкільного віку, і, можливо, тому грандіозність учиненого Коперником у прозі повсякденних і звичних знань. Але ж Коперник створив наукову картину світу і, заклавши тим самим, за словами академіка Амбарцумяна, «перший камінь у фундамент сучасного природознавства». Після повернення на батьківщину Коперник у плині 10 років оформив свої ідеї, породжені в роки навчання і мандрівок, у виді наукової теорії геліоцентричної системи світу. Близько 1515 року він вирішив познайомити з основами своєї теорії вузьке коло людей і написав для цієї мети короткий твір «Миколи Коперника про гіпотези небесних рухів, їм висунутих, Малий Коментар». У ньому поки без відповідних математичних доказів у формі шести аксіом були сформульовані основні положення геліоцентричної системи світу. У своїй системі Коперник звів Землю до рядової планети, Сонце він помістив у центрі системи, а всі планети разом із Землею рухалися навколо Сонця по кругових орбітах.

Це вело до перевороту у світогляді людей.

Але «Малий Коментар» був лише «пристрелочным» працею. Потрібні були дуже вагомі докази висунутих положень. У 1532 році, напередодні свого шістдесятиріччя, Коперник закінчив працю усього свого життя «Про обертання небесних тіл». Але потрібно чи і чи можна його друкувати? Коперник коливався, бачачи хитливу політичну обстановку і релігійні війни.

Але от у 1539 році до Н. Копернику приїжджає 25-літній професор Виттенбергского університету Ретик. Він проводить у Фромбоке 2 роки, детально вивчає навчання Коперника й у 1540 році за допомогою єпископа Гізу (великого друга Коперника) видає невеликий твір «Про книги звертання Миколи Коперника перше оповідання». Талановитий виклад «Першого оповідання» було доступно многим; твір відразу знайшло свого читача і на багато десятиліть виявилося прекрасним пропагандистом навчання Коперника. (Через цього Ретик утратив кафедру у Виттенбергском університеті).

Успіх «Оповідання», ентузіазм Ретика і його гарячі переконання опублікувати трактат цілком поступово розсіювали сумніву сімдесятирічного Коперника.

І він дав згоду на опублікування таблиць. Коперник написав передмову присвячене Павлові III, Передбачаючи можливі докори під час відсутності поваги до біблійної й аристотелевской космології, відстоюючи свої переконання з великою сміливістю і переконливістю.

У лютому 1543 року безсмертний утвір Н. Коперника «Про обертання небесних сфер» було надруковано. Воно складалося з 6 книг. До речі, як епіграф до цього добутку були узяті слова, по переказі, написані на двер академії Платона: «Нехай не входить ніхто, не знаючі математики».

Навчання Коперника вершило свою революційну справу. Адже недарма в 1616 році його добуток Був внесений церквою в «Індекс заборонених книг». І ця ганебна заборона продовжувалася більш 200 років.

Велич створеної Коперником геліоцентричної системи світу виявилося після того, як Кеплер відкрив щирі закони еліптичного руху планет, а И. Ньютон на їхній основі закон всесвітнього тяжіння. Це чи не тріумф навчання Коперника, це чи не доказ його істинності?

І в даний час навчання Коперника не утратило свого значення. Ми, нащадки вченого, схиляємо свої голови перед пам'яттю того, хто розкрив щиру картину світу, хто зробив революційний переворот «у розвитку системи наукового світогляду», хто відкрив перед нами двері у Всесвіт.

Ще одним найбільшим дослідником астрономії і пропагандистом навчання Коперника був великий італійський учений ДЖОРДАНО БРУНО (1548-1600).

З 14 він років навчався в домініканському монастирі і став ченцем, перемінивши справжнє ім'я Филиппо на Джордано. Глибокі знання одержав шляхом самоосвіти в багатій монастирській бібліотеці. За сміливі виступи проти догматів церкви і підтримку навчання Коперника Бруно змушений був залишити монастир. Переслідуваний церквою він довгі роки скитался по багатьом містам і країнам Європи. Скрізь він читав лекції, виступав на публічних богословських диспутах. Так, в Оксфорді в 1583 р. на знаменитому диспуті про обертання Землі, нескінченності Всесвіту і незліченності населених світів у ній він, по відкликаннях сучасників, "раз п'ятнадцять заткнув рот бідолахо доктору" - своєму опоненту.

У 1584 р. у Лондоні вийшли його основні філософські і природничонаукові твори, написані італійською мовою. Найбільш значним була праця "Про нескінченність всесвіті і світах" (світом називали тоді Землю з її мешканцями). Натхненний навчанням Коперника і глибоких загальфілософських ідей німецького філософа XV в. Миколи Кузанского, Бруно створив своє, ще більш сміливе і прогресивне про світобудову, багато в чому угадавши прийдешнього наукового відкриття.

Ідеї Джордано Бруно на цілі сторіччя обігнали його час. Він писав "Небо... єдиний безмірний простір, лоно якого містить усі, ефірна область, у якій усі пробігає і рухається. У ньому - незліченні зірки, сузір'я, кулі, сонця і землі... розумом ми укладаємо про нескінченну кількість інших"; "Усі вони мають свої власні рухи... одні кружляються навколо інших". Він затверджував, що ні тільки Земля, але і ніяке інше тіло не може бути центром світу, тому що Всесвіт нескінченний і "центрів" у ній нескінченне число. Він затверджував, що мінливість тіл і поверхні нашої Землі, вважаючи, що протягом величезних проміжків часу "моря перетворюються в континенти, а континенти - у моря". Навчання Бруно спростовувало священне писання, що спирається на примітивні представлення про існування плоскої нерухомої Землі. Сміливі ідеї і виступи Бруно викликали ненависть до вченого з боку церкви. І коли в тузі за батьківщиною Бруно повернувся в Італію, він був виданий своїм учнем інквізиції. Його оголосили в боговідступництві. Після семирічного ув'язнення у в'язниці його спалили на багатті в Римі на площі Квітів. Тепер тут коштує пам'ятник з написом «Джордано Бруно .Від сторіччя, що він передбачав, на тім місці, де був запалений багаття».